Mesure des variables météorologiques

Une station de mesures météorologiques a été installée pendant la durée de la campagne

à proximité du campement. Cette station automatique a mesuré les principaux paramètres

météorologiques standards : température et humidité de l’air à 1,5 m, vitesse et direction du

vent à 2 m, rayonnement solaire incident et réfléchi (Figure 1.10). De plus, un radiomiètre

infrarouge destiné à la mesure de la température de surface a été installé à proximité de

cette première station météorologique. Dans les paragraphes suivants sont détaillées ces

différentes mesures.

La température de l’air à 1,5 mètres La température de l’air à 1,5 m a été mesurée

à l’aide d’un capteur de température (S-THB-M002, de la marque HOBO), relié à un

data-logger (Weather Station - H21-001, de marque HOBO) afin de réaliser un enregistrement

en continue des données (Figure 1.10). Le capteur de température est utilisable pour

des températures allant de -40°C à +75°C et offre une précision absolue moyenne de _±

0,5°C sur la gamme allant de -20°C à -40°C (données constructeur). Les enregistrements

ont fonctionné durant 8 jours, avec une interruption de quelques heures le 16 mars due

à une panne du capteur. Ils mettent en évidence le cycle diurne, bien marqué à cette

époque de l’année où les périodes de jour et de nuit sont représentées de manière équitable

(Figure 1.13). Il faut ensuite noter que les températures globalement froides en début de

mission (les données des réanalyses atmosphériques montrent que cette période a coincidé

avec le minimum de l’hiver 2010-2011), ont augmenté lors des derniers jours de la mission

Chapitre 1 :Site d’étude et données utilisées

Figure 1.10 – Photographie de la station météo montée lors de la mission de terrain de

mars 2011.

d’une dizaine de degrés. Ces variations restent toutefois suffisamment faibles pour que la

précision du capteur n’ait pas changé entre le début et la fin de l’enregistrement.

L’humidité de l’air à 1,5 mètres L’humidité de l’air a été mesurée conjointement

avec la température à une hauteur d’environ 1,5 m au-desssu de la surface de neige. Le

même capteur que celui de température permet de mesurer l’hygrométrie (Figure 1.10).

La variable mesurée est en effet l’humidité relative, qui est définie comme la quantité de

vapeur d’eau contenue dans la masse d’air à un instant donné et à une température donnée

par rapport à la quantité total de vapeur d’eau que cette masse d’air pourrait contenir

avant d’atteindre la saturation. Cette variable, exprimée en pourcentage (%) est donc

directement liée à la température de l’air mesurée conjointement. L’humidité relative est

donc le rapport entre la pression de vapeur d’eau vraiment présente dans l’air considéré

(pression partielle de l’eau dans l’air, Pvap) et la valeur de pression saturante (Psat(T) )

théorique au-dessus d’une surface d’eau. Ce rapport s’exprime tel que :

RH [%] = ^Pvap

Psat(T) ^{×100 (1.3)}

Le capteur utilisé peut fonctionner sur une gamme d’humidité relative allant de 0 à

100%, avec une précision absolue de _± 2,5%. Sur l’ensemble de la campagne, l’humidité

relative est restée comprise entre 60 et 80% (Figure 1.11). Il faut cependant noter que

la saturation (humidité relative de 100%) a été atteinte a plusieurs reprises lors de la

campagne (formation de brouillard et précipitations neigeuses). cela est dû à la définition

de la l’humidité relative utilisée ici, qui considère une surface théorique d’eau liquide, alors

que la surface enneigée de la calotte s’apparente à de la glace (en terme de phase).

1.3 - Campagne de terrain de mars 2011 et mesures in-situ

Figure 1.11 – Évolution temporelle de l’humidité relative de l’air (définie par rapport à

une surface théorique d’eau liquide) mesurée à 1,5 m de haut, lors de la mission de terrain

de mars 2011 sur la calotte Barnes.

La vitesse et la direction du vent à 2 mètres Les variables relatives aux propriétés

du vent en surface ont été mesurées à l’aide d’une girouette pour la direction et d’un

ané-momètre pour la vitesse (Figure 1.10). Ces deux instruments (S-WCA-M003, de marque

HOBO) ont été installés à une hauteur d’environ 1,80 m par rapport à la surface de neige.

L’anémomètre fonctionne pour des vitesses du vent allant de 0 à 44 m s−1avec une précision

fortement variable selon la vitesse considérée, allant de_± 0,5 m s−1 à _±4% de la vitesse

mesurée. La précision de la girouette pour la direction du vent est de_±5°. La figure 1.12

montre que du fait de la position du camp de terrain à proximité immédiate du sommet

de la calotte (Figure 1.1), celui-ci n’est pas soumis à un régime de vent dominant de type

gravitaire (aussi dénommé vent catabatique) comme cela est souvent le cas sur les flancs

des calottes glaciaires. La répartition des directions de vent suit donc globalement les

mou-vements des masses d’air à grande échelle. La vitesse moyenne du vent enregistrée sur la

durée de la campagne est de 4,8 m s−1, avec une pointe mesurée à 12,6 m s−1 (Figure 1.12).

Le rayonnement solaire incident et réfléchi Le rayonnement solaire incident et

réfléchi est mesuré à l’aide de pyranomètres. Les instruments utilisés (S-LIB-M003, de

la marque HOBO) effectuent une mesure des flux de rayonnement (en W m−2) dans un

domaine, englobant l’essentiel du spectre solaire, allant des UV-B (300 nm) au proche

infrarouge (1100 nm). L’intensité du rayonnement mesuré peut aller de 0 à 1280 W m−2.

En pratique, deux instruments sont utilisés, l’un étant orienté vers le haut et l’autre en

di-rection de la surface. La premier capteur mesure donc le flux d’énergie incident (SW down)

tandis que le deuxième mesure le flux réfléchi (SW up) par la surface car l’émission d’une

surface de neige dans ce domaine spectral peut être considérée comme nulle. La

combinai-son de ces deux mesures permet donc de calculer l’albédoα (sans unité) de la surface de

neige, défini tel que :

α= ^SW up

SW down

Chapitre 1 :Site d’étude et données utilisées

Figure 1.12 – Rose des vents représentant l’intensité et la direction du vent mesuré à 2

m de haut, lors de la mission de terrain de mars 2011 sur la calotte Barnes.

L’albédo moyen mesuré sur l’ensemble de la campagne de terrain est de 0,92, ce qui

correspond à un albédo élevé de neige fraîche. Cette valeur est calculée sur l’ensemble des

mesures disponibles ayant été effectuées lorsque l’angle zénital du Soleil était supérieur à

15°.

La température de surface par radiométrie infrarouge La dernière mesure

effec-tuée en continue sur la durée de la campagne est la mesure de la température de surface.

Celle-ci a été mesurée à l’aide d’un radiomètre infrarouge (SI-111, de marque Campbell

Scientific) monté à une hauteur d’environ 2 m et orienté vers la surface de neige.

L’ou-verture étant de 22°(valeur du demi-angle), l’empreinte au sol de la mesure est de l’ordre

de 1,5 m2. Ce radiomètre fonctionne de -55°C à + 80°C, avec une précision absolue sur

la gamme de température inférieure à -10°C de _± 0,05°C. Cet instrument permet une

acquisition en continue du rayonnement infrarouge émis par la surface de neige, lequel est

ensuite directement converti en température. Cette température ainsi mesurée peut donc

être considérée, du fait de la très faible profondeur de pénétration du rayonnement

infra-rouge dans la neige, comme la température de l’interface air / neige. Il peut donc arriver,

à l’occasion de très forts refroidissement nocturnes en période de ciel clair et en conditions

stables qu’une forte stratification se développe dans les premières dizaines de centimètre

au-dessus de la surface de neige, et donc que les températures de surface et de l’air à 1,5

m soient très différentes. Cela a par exemple été le cas les 19 et 20 mars (Figure 1.13).

Le graphe présenté figure 1.13 met en évidence un fort cycle journalier ainsi que

l’in-fluence de la nébulosité sur la température de surface : comme mentionné ci-dessus, les

températures les plus basses sont obtenues lors d’épisode de ciel clair alors que la présence

1.3 - Campagne de terrain de mars 2011 et mesures in-situ

Figure 1.13 – Évolution temporelle des températures mesurées dans l’air à 1,5 m de

haut, à la surface de la neige par radiométrie infrarouge et à 2 profondeurs différentes

dans la neige lors de la mission de terrain de mars 2011 sur la calotte Barnes. Les carrés

noirs rendent compte des conditions météorologiques observées simplifiées en 2 extrêmes :

nuageux ou blizzard (carrés en haut) et ciel clair (carrés en bas).

Chapitre 1 :Site d’étude et données utilisées

Dans le document Télédétection micro-onde de surfaces enneigées en milieu arctique : étude des processus de surface de la calotte glaciaire Barnes, Nunavut, Canada (Page 40-45)